變頻電機絕緣老化機理及表征

前言

　　隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，鐵路“瓶頸”在新一輪經(jīng)濟增長中的制約作用日益突出，加快鐵路發(fā)展，大力發(fā)展高速鐵路，形成覆蓋全國主要城市，安全舒適、快捷高效的鐵路運輸網(wǎng)絡(luò)已成為經(jīng)濟和社會發(fā)展的需求?！笆晃濉逼陂g我國將建設(shè)9800km客運專線，在13000km提速干線實現(xiàn)客車時速達到200km。高速動車組普遍采用變頻調(diào)速交流傳動系統(tǒng)，變頻調(diào)速牽引電機是高速動車組的關(guān)鍵設(shè)備之一，其安全、可靠性直接影響高速動車組的性能。變頻調(diào)速牽引電機絕緣長期承受連續(xù)高壓方波脈沖電壓的作用，出現(xiàn)了定子絕緣過早失效的情況。研究發(fā)現(xiàn)變頻電機定子繞組絕緣承受的不再是傳統(tǒng)的正弦電壓而是連續(xù)高壓方波脈沖。高壓方波脈沖使得定子繞組絕緣承受更高的電壓，頻率可達20kHz；高頻作用使得介質(zhì)損耗、局部放電、空間電荷對絕緣的老化作用加劇，導致絕緣過早失效。傳統(tǒng)交流電動機絕緣設(shè)計方法已不能滿足變頻調(diào)速牽引電機絕緣的實際需要，而PWM高壓方波脈沖下絕緣系統(tǒng)的老化機理以及壽命模型理論尚屬空白，因此對變頻電機絕緣技術(shù)進行系統(tǒng)地研究已迫在眉睫?！　”緯窃趪易匀豢茖W基金——高速機車牽引電機絕緣電老化機理及表征的研究，霍英東教育基金——高速機車牽引電機絕緣老化機理的研究，國家自然科學基金與韓國科學與工程基金聯(lián)合資助項目——電纜造成變頻調(diào)速牽引電機絕緣系統(tǒng)破壞的機理與對策，教育部博士點基金——脈沖電壓下空間電荷影響絕緣材料老化、失效機理的研究及表征等項目的支持下，經(jīng)過7年多的研究，并在借鑒國內(nèi)外相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上撰寫而成的。為開展該領(lǐng)域的研究奠定了理論基礎(chǔ)，可為變頻電機絕緣設(shè)計、制造、運行維護提供技術(shù)支持?！　”緯饕獌?nèi)容為變頻電機絕緣的老化機理及其檢測方法，圍繞變頻調(diào)速牽引電機絕緣的老化特征，對其影響因素進行深入的分析研究與試驗，為最終提出其破壞機理、壽命模型及其絕緣狀態(tài)的檢測方法逐步展開。通過本書的學習可使讀者掌握變頻電機設(shè)計、運行的理論基礎(chǔ)，為培養(yǎng)變頻電機的設(shè)計、生產(chǎn)、運行及維護等專門人才打下良好的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)，為開展變頻電機絕緣技術(shù)的進一步深入研究打下了堅實的基礎(chǔ)。

內(nèi)容概要

本書全面系統(tǒng)地闡述了變頻電機絕緣老化、失效機理及其表征方法。全書共分10章，介紹了變頻電機絕緣的特點、構(gòu)成，闡述了變頻電機絕緣面臨的主要問題；介紹了絕緣材料的理論基礎(chǔ)，研究了變頻電機絕緣過電壓的形成機理及其影響因素；基于高壓方波脈沖的絕緣老化試驗系統(tǒng)，研究了高壓方波脈沖電壓下的局部放電行為和空問電荷特性；通過進行不同電壓幅值、頻率、溫度下的老化試驗和壽命試驗，分析了局部放電參量、介電性能及空間電荷特性隨老化的變化規(guī)律，得出了連續(xù)高壓方波脈沖下的壽命模型以及絕緣老化的影響因素和壽命的表征參量。    本書不僅理論方法先進，而且工程應(yīng)用性很強，適合從事交流變頻絕緣技術(shù)研究及絕緣材料研制的科研人員，從事變頻電機設(shè)計、制造、運營管理及維護的工程技術(shù)人員，高等學校高電壓與絕緣技術(shù)專業(yè)、電機與電器專業(yè)的教師及研究生閱讀。也可供準備從事變頻電機絕緣研究的科技人員和學生作為了解專業(yè)基礎(chǔ)的參考書目。

書籍目錄

前言第1章 緒論　1.1 變頻電機及其特點　　1.1.1 電機的發(fā)展概況　　1.1.2 變頻電機的特點　　1.1.3 變頻電機的絕緣技術(shù)　1.2 變頻電機絕緣的現(xiàn)狀　　1.2.1 變頻電機絕緣的特殊性　　1.2.2 變頻電機絕緣的過早失效　　1.2.3 國內(nèi)外變頻電機絕緣的研究進展　1.3 變頻電機絕緣的問題　　1.3.1 電機絕緣材料的要求　　1.3.2 傳統(tǒng)絕緣結(jié)構(gòu)與工藝的不足　　1.3.3 嚴酷的電氣環(huán)境　　1.3.4 變頻電機絕緣的改進　1.4 變頻電機絕緣技術(shù)展望　參考文獻第2章 變頻電機絕緣材料的物理基礎(chǔ)　2.1 介電材料的基本性能與極化　　2.1.1 介電材料的宏觀性質(zhì)　　2.1.2 化學鍵　　2.1.3 介電材料的極化與松弛　2.2 熱刺激電流　　2.2.1 熱刺激電流的宏觀與微觀表現(xiàn)　　2.2.2 熱刺激松弛和松弛時間　　2.2.3 空間電荷的熱刺激電流　2.3 局部放電的原理　　2.3.1 局部放電的等效模型　　2.3.2 局部放電的特點　　2.3.3 局部放電對固體絕緣的危害　2.4 介電譜的基本理論　　2.4.1 電偶極矩　　2.4.2 德拜方程　　2.4.3 Cole-Cole圖　參考文獻第3章 納米絕緣材料的表面與界面　3.1 材料的表面與界面　　3.1.1 材料的表面　　3.1.2 材料的界面　3.2 納米材料的表面與界面特性　　3.2.1 納米材料及微粒特性　　3.2.2 納米材料的表面性質(zhì)　　3.2.3 納米材料的界面理論　　3.2.4 納米材料與絕緣介質(zhì)的性能　3.3 納米材料表面與界面的表征　　3.3.1 納米材料的顯微圖像分析　　3.3.2 X射線電子能譜　　3.3.3 紅外和拉曼光譜　參考文獻第4章 變頻電機絕緣材料及結(jié)構(gòu)　4.1 變頻電機絕緣材料　　4.1.1 絕緣材料耐熱等級評定　　4.1.2 常用絕緣材料的特性　　4.1.3 聚酰亞胺納米絕緣材料　4.2 變頻電機絕緣結(jié)構(gòu)　　4.2.1 低壓電機的絕緣結(jié)構(gòu)　　4.2.2 高壓電機的絕緣結(jié)構(gòu)　　4.2.3 電機線圈的匝間絕緣　4.3 變頻電機絕緣工藝　　4.3.1 防電暈漆包技術(shù)　　4.3.2 高性能繞包技術(shù)　　4.3.3 絕緣材料新工藝　　4.3.4 變頻牽引電機200級絕緣　參考文獻第5章 變頻電機過電壓及其特征第6章 電機絕緣老化與試驗系統(tǒng)第7章 高壓方波脈沖下的局部放電第8章 高壓方波脈沖下的介電譜第9章 高壓脈沖條件下的究竟電荷第10章 變頻電機絕緣老化及表征

章節(jié)摘錄

　　第1章　緒論　　1.1　變頻電機及其特點　　1.1.1　電機的發(fā)展概況　　電能的生產(chǎn)、變換、傳輸、分配、使用和控制等，都必須利用電機作為能量轉(zhuǎn)換的機電裝置。在電力工業(yè)中，發(fā)電機和變壓器是發(fā)電廠和變電站的主要設(shè)備。在工業(yè)企業(yè)中，大量應(yīng)用電動機作為原動機去拖動各種生產(chǎn)機械。如在機械工業(yè)、冶金工業(yè)、化學工業(yè)中，機床、電鏟、軋鋼機、吊車、抽水機、鼓風機等都要用大大小小的電動機來拖動；在自動控制技術(shù)中，各式各樣的小巧靈敏的控制電機廣泛地被作為檢測、放大、執(zhí)行和解算元件。　　不論是旋轉(zhuǎn)電機的能量轉(zhuǎn)換，還是控制電機的信號變換，都是通過電磁感應(yīng)作用而實現(xiàn)的，因此分析電機內(nèi)部的電磁過程及其所表現(xiàn)的特性時，要應(yīng)用有關(guān)電和磁的規(guī)律，如電路第一、第二定律，全電流定律，電磁感應(yīng)定律和電磁力定律等。但是，電機畢竟是一種機械，除電磁規(guī)律以外，還涉及結(jié)構(gòu)、工藝、材料等方面的問題，所以電機在拖動系統(tǒng)中是一種綜合性的裝置或元件。　　電機隨著生產(chǎn)發(fā)展而產(chǎn)生和發(fā)展，而電機的發(fā)展反過來又促進社會生產(chǎn)力的不斷提高。在由電氣化時代進入原子能、計算機及自動化時代的今天，不僅對電機提出了諸如性能良好、運行可靠、單位容量的重量輕、體積小等方面的要求，而且隨著自動控制系統(tǒng)和計算裝置的發(fā)展，在旋轉(zhuǎn)電機的理論基礎(chǔ)上，發(fā)展出多種高精度、快響應(yīng)的控制電機，成為電機學科的一個獨立分支。與此同時，電力電子學等學科的滲透使電機這一較為成熟的學科得到新的發(fā)展。　　新中國成立以來，我國的電機制造工業(yè)發(fā)生了巨大變化，不僅建成了獨立自主和完整的體系，而且有些產(chǎn)品已經(jīng)達到或接近世界先進水平。就各種拖動系統(tǒng)中的主要設(shè)備——電動機而言，近年來已生產(chǎn)了不少大型的直流電動機、異步電動機和同步電動機；在中小型電機和控制電機方面，亦自行設(shè)計和生產(chǎn)了不少新系列電機。由于生產(chǎn)上的需要，最近幾年來，對電機的新原理、新結(jié)構(gòu)、新工藝、新材料、新的運行方式和調(diào)試方法，亦進行了許多摸索、研究和試驗工作，取得了不少成就。

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